電路闆組裝(zhuang)中的清洗問題解(jiě)析
上傳時間：2016-6-6 11:12:53 作者(zhe)：昊瑞電子
清洗的(de)理由
自實施蒙利(li)特爾議定書後，免(miǎn)洗助焊劑被大多(duō)數電子制造廠使(shi)用，電路闆組裝的(de)清洗幾乎隻在軍(jun1)工、航天、醫療等高(gāo)可靠性電路闆上(shang)實施。但是随着電(dian)子産品的小型化(huà)和功能的多樣化(huà)，I/O數量不斷提高，元(yuán)器件間距變的越(yuè)來越微小，産品的(de)應用領域和使用(yòng)的自然環境不斷(duàn)引深拓展，免清洗(xi)助焊劑的相對可(kě)靠性受到前所未(wèi)有的挑戰。原因是(shi)：本來在許多産品(pǐn)的免清洗制程中(zhong)，難免有部分助焊(hàn)劑是沒有經過制(zhì)程回流焊接時的(de)回流高溫和波峰(feng)焊接的錫波的高(gāo)溫，也就是，助焊劑(ji)沒有經過使其能(neng)産生聚合反應的(de)高溫而還表現爲(wei)合成樹脂的特性(xing)，在潮濕的環境呈(chéng)現酸性的本質，而(er)對元器件和PCB的焊(hàn)點産生腐蝕作用(yong)，這就是我們爲什(shi)麽總會看到一些(xiē)免清洗産品在放(fang)置一段時間後其(qí)連接器PIN針或者PCB金(jin)手指或定位螺絲(sī)孔上常常看到銅(tong)綠的原因。這些免(miǎn)清洗助焊劑往往(wang)是在波峰焊接時(shi)毛細現象或液體(ti)本身的潤濕力所(suǒ)作用，跑到焊錫沒(méi)能觸及的地方，還(hái)有就是烙鐵焊錫(xī)時使用助焊劑也(yě)難免擴散到焊點(diǎn)以外的區域。另外(wai)，免清洗助焊劑的(de)殘留物在潮濕的(de)情況下，表面離子(zǐ)殘留物會形成樹(shù)枝狀結晶體，而樹(shù)枝狀結晶體往往(wǎng)會引起電氣遷移(yi)造成短路，再者在(zài)免清洗助焊劑中(zhōng)常常包裹着從錫(xi)膏中遊離出來的(de)錫球，這些錫球一(yi)般不經過清洗是(shi)很難清除的，這對(duì)于越來越小的電(diàn)氣間距是個麻煩(fán)……，上述諸多因素迫(po)使清洗的回歸是(shì)一種必然的結果(guǒ)。
清洗的目的
将PCBA的(de)助焊劑殘留焊膏(gao)、錫球、雜質、灰塵、油(yóu)漬等有害污染清(qing)除；爲消除腐、蝕靜(jìng)電損害；提高産品(pǐn)的使用壽命；更好(hao)地滿足客戶不斷(duan)提出的高質量和(he)高可靠性的要求(qiu)……。
傳統清洗不再适(shi)應
先來了解一下(xia)傳統的清洗方法(fǎ)在清洗時的局限(xiàn)性吧，或許有人會(huì)問，既然免清洗助(zhù)焊劑不可靠了，那(nà)是否還是回歸早(zao)先的水溶性助焊(hàn)劑或是溶劑型助(zhù)焊劑的使用？回答(dá)是否定的，先不說(shuō)清洗成本的問題(tí)，更要考慮的是可(kě)靠性和環境保護(hu)的問題。還是先來(lái)說說環境的問題(tí)吧，傳統的水溶性(xing)助焊劑的清洗後(hòu)的的大量廢水排(pái)放是個令人頭痛(tong)的問題，必須經過(guò)廢水處理才能排(pái)放，中國的環境政(zheng)策想必大家都已(yi)經感覺到了，而傳(chuán)統的溶劑清洗其(qí)對環境的影響更(gèng)是有過之而無不(bú)及，早已經被環境(jing)法規否定……。再說清(qing)洗效果的問題：随(suí)着元器件的尺寸(cùn)微型化，微型BGA，CSP,QFN等元(yuan)器件的普遍使用(yòng)，微小的元件間距(ju)和元器件與PCB的間(jian)隙不斷下降爲清(qing)洗的效果帶來困(kun)難和麻煩，已經不(bú)是傳統的清洗所(suo)能達到的，而傳統(tong)清洗型助焊劑的(de)殘留存在是任何(hé)産品都不能接受(shou)的，因此一種高效(xiào)安全的解決方案(àn)變得尤爲重要和(hé)迫切。
清洗的挑戰(zhan)
随着電路闆的元(yuan)器件密度的不斷(duan)提高和元器件的(de)微型化，免清洗技(jì)術顯得有些乏力(lì)。高密度使得元器(qi)件的間距和空間(jian)有限，同時産生了(le)更大的電子場。清(qīng)洗成爲一種滿足(zú)最先進技術的唯(wei)一可行方案，但對(duì)于倒裝芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和小(xiao)型片式阻容元器(qi)件，其下面的助焊(hàn)劑殘留去除起來(lái)相當的困難；無鉛(qian)化的制程使得助(zhù)焊劑要求有更高(gao)的樹脂或松香的(de)含量，這樣會使得(dé)助焊劑在小空間(jiān)堆積更爲嚴重，使(shǐ)得清洗劑滲透困(kùn)難重重;再者就是(shì)更高的無鉛溫度(dù)和多次回流過程(chéng)使得助焊劑殘留(liú)清洗起來更加困(kun)難。綜合上述因素(sù)，電子組裝産品的(de)清洗越來越不容(rong)易，這就要求有更(geng)好的清潔效果的(de)清洗材料來解決(jué)這些清洗困難﹑耐(nài)清洗産品的清洗(xi)難題，對于清洗材(cái)料和清洗工藝條(tiao)件無疑是個挑戰(zhàn)，這就要求清洗劑(jì)要進行化學方面(mian)的創新，清洗設備(bèi)和清洗工藝方面(mian)也要不斷改進。
新(xīn)型的清洗劑
科技(ji)的發展給我們帶(dai)來了更好的解決(jué)辦法，一
類新型的(de)水基型清洗劑采(cǎi)用剝離的原理，使(shǐ)用微相技術把污(wu)染物從清洗件表(biǎo)面剔除下來，再将(jiāng)污染物轉移至周(zhōu)圍的水相中。這種(zhǒng)清洗劑的機理是(shì)：經過加熱或擾動(dòng)（如噴淋等）形成微(wei)相，微相剝離污染(ran)物，被剝離的污染(ran)物又可輕易地被(bei)過濾出來，這就使(shi)得清洗液有很長(zhang)的壽命周期，而且(qie)這類清洗劑無表(biǎo)面活性劑和無固(gù)态物的配方，使得(dé)清洗件幹燥後不(bu)會有殘留物。與傳(chuán)統的清潔劑（表面(mian)活性劑清洗劑）相(xiang)比有：使用壽命長(zhǎng)——不會因靠表面活(huo)性劑和污染物的(de)永久結合導緻溶(rong)液中的有效成分(fèn)逐漸減少而壽命(mìng)縮短，隻要經過簡(jian)單的沉澱和過濾(lü)便可重新利用；清(qīng)洗後安全可靠——不(bu)會因表面活性劑(ji)在清洗件表面的(de)殘留而引起可靠(kào)性的擔憂，成本低(di)——清洗劑耐用且不(bu)需要廢液處理的(de)費用……
清洗的工藝(yì)問題
有了新型的(de)清洗劑爲基礎，清(qīng)洗工程因此變得(de)簡單多了，可較爲(wei)輕松的去實現，爲(wei)使清洗工程更清(qīng)晰化，接下來就清(qīng)洗的工藝問題加(jiā)以解釋。先來了解(jiě) 清洗的工藝決定(ding)要素：a）清洗劑的性(xìng)質；b) 清洗設備的清(qīng)潔能力；c)助焊劑的(de)選配；d)基闆材料與(yu)清洗劑的兼容性(xing)等。下面就這幾大(dà)工藝要素分别加(jia)以闡述，以便對清(qing)洗工藝有個較爲(wei)全面的了解。
a) 清洗(xǐ)劑的性質要求：1.能(néng)與助焊劑殘留物(wù)種類相匹配，做到(dao)有效地清潔幹淨(jing)清洗件表面的助(zhu)焊劑殘留物，而不(bú)會留下污染，滿足(zu)電路闆的清洗要(yao)求。2.與清洗基闆和(hé)元器件材料兼容(róng)能力強，做到達到(dao)清潔幹淨的同時(shi)又不會和基闆或(huò)組件的材料發生(sheng)反應，留下不良或(huo)疵點。3.能有效滲透(tou)，表面張力低，小的(de)表面能夠使得清(qing)洗劑能夠滲透到(dào)任何有助焊劑殘(cán)留的地方，QFN等類型(xing)的元器件的普遍(biàn)使用，給清洗劑的(de)可滲透性提出了(le)更高的要求。4.滿足(zu)法規的要求 （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定(dìng)性好，抗氧化，溶解(jiě)性好，不産生大量(liàng)泡沫。6.清洗時清潔(jie)劑的溶度合理，其(qi)實，一個優良的清(qīng)洗劑還應具備清(qīng)洗時的溶度越低(di)越好，在一個較低(di)的溶度範圍内能(neng)達到一個理想的(de)效果，這使清洗劑(ji)的工藝窗口更寬(kuan)廣。7.還有就是在清(qīng)洗時溫度“适中”，以(yi)滿足大多數清洗(xǐ)設備的加熱能力(li)要求，合适的溫度(dù)能增強清洗劑的(de)清洗能力。8.是清洗(xi)的速度快，能迅速(su)溶解或剝離助焊(han)劑殘留物，達到快(kuài)速清洗的結果。
b) 清(qīng)洗設備的要求：1.能(neng)提供足以清洗到(dào)位的機械能，清洗(xǐ)到最爲困難敏感(gan)的區域，随着現代(dài)電子制造技術的(de)飛速發展，元件之(zhi)間的間隙不斷縮(suō)小，元件和基闆的(de)間隙不斷下降，有(yǒu)的已經到了2mil以下(xià)了，還有就是無鉛(qiān)制程中的高溫和(he)高聚合度的助焊(han)劑殘留，沒有足夠(gòu)的機械能量是無(wu)法清潔到或清潔(jie)幹淨這些頑垢的(de)。定向噴射時足夠(gòu)的噴射壓力是清(qīng)洗的一個關鍵點(dian)。噴嘴的設計和噴(pēn)嘴的合理結構也(ye)成爲設備設計時(shí)不可忽略的考慮(lǜ)。2.能夠提供足以清(qīng)洗幹淨的清洗時(shí)間，怎樣才能有足(zu)夠的時間去清洗(xi)某一種有清潔度(dù)要求的産品，同時(shí)又不會有時間的(de)浪費，除了清洗實(shí)驗測定結果後，嚴(yan)格制定清洗的工(gong)藝參數外，在制程(cheng)中的實時檢測爲(wei)産品的清潔度保(bǎo)證和資源又不至(zhi)浪費是一個明智(zhi)的手段。3.清洗液的(de)溫度控制是清洗(xi)工藝的一個關鍵(jian)點，在清洗時清洗(xǐ)劑的溫度對清洗(xǐ)效果是直接的，前(qián)面已經提到加熱(rè)是清洗劑形成微(wei)相的條件，由此可(ke)知溫度對清洗效(xiào)能的重要，因此控(kong)制在一個合适的(de)溫度範圍内的清(qing)洗是很有必要的(de)。4.清洗液的濃度控(kòng)制也是影響産品(pin)清洗效果的重中(zhong)之重，一個精确控(kong)制的濃度爲清洗(xǐ)工藝的穩定提供(gong)保證，也是穩定清(qīng)洗成本的關鍵所(suǒ)在。5.幹燥過程的自(zì)動化的實現使得(dé)清洗工作變得簡(jiǎn)便。6.滿足各類清洗(xǐ)劑的要求是設備(bèi)的适應性的特點(diǎn)，耐腐蝕性成爲設(shè)備使用壽命和适(shi)應範圍的一個重(zhong)要考慮。7.安全是必(bi)須的。8.強勁、操作簡(jian)便成爲設備生産(chan)者爲大批量清潔(jie)工作而不可缺少(shǎo)的設計。9.清洗劑的(de)循環使用，使得産(chan)品的清洗成本變(bian)得可以接受，怎樣(yàng)才能使清洗液充(chōng)分回收，最大限度(du)的控制成本，直接(jiē)影響到設備的性(xìng)價比。
C) 助焊劑的選(xuan)擇：或許有人說我(wǒ)們要選的是清潔(jie)掉助焊劑的清潔(jie)劑，爲何反過來要(yao)我們重新去評估(gū)适合清洗的助焊(han)劑？這不是問題複(fú)雜化？其實，清洗工(gong)程本來就不簡單(dan)，有時少數的助焊(han)劑型号難以選配(pei)到有效清潔的清(qing)潔劑，在完全滿足(zu)焊接的前提下，選(xuǎn)擇助焊劑以匹配(pei)清洗劑有時不失(shī)爲一個最爲簡單(dān)和明智的做法。有(you)時候針對特定的(de)産品，可選擇的清(qīng)潔劑不多，因要達(da)到理想的清洗效(xiào)果而進行助焊劑(ji)的選擇的情況也(ye)就難免會出現，等(deng)等。在選擇助焊劑(ji)時我們要考慮的(de)主要方面：焊接是(shi)否理想，清潔是否(fou)徹底，清洗效率是(shì)否夠高，綜合成本(ben)是否最低?
d)基闆材(cai)料與清洗劑的兼(jian)容性，因爲清潔劑(ji)的選擇不隻是考(kao)慮是否能夠較好(hǎo)地清潔助焊劑，同(tóng)時還要考慮與基(ji)材的兼容性問題(tí)，一個強勁的清潔(jie)劑是否對清潔件(jiàn)上的金屬、塑料、黑(hēi)色鍍膜、标記、塗料(liào)、标簽、膠黏劑等是(shì)否有腐蝕，産生産(chan)品疵點？這是一個(ge)工藝工程師要認(ren)真評估和慎重考(kǎo)慮的。
總之，一個好(hǎo)的清洗必須滿足(zú)的條件是：合适的(de)清洗劑，優良的清(qīng)洗設備，合理的工(gōng)藝參數，經濟的清(qing)洗成本，達到完美(mei)的清潔效果……清洗(xǐ)輕松實現！
